開關穩壓器的效率評估

何謂開關穩壓器的效率：測量效率之前須事先溫習開關穩壓器效率的定義或概念。

開關穩壓器的效率一般以%（百分比）表示。雖然以小數點表示也可以，不過這里以%進行話題。效率的公式如下：

如所見，公式并不特別，純粹為“可取得功率”對“已輸入功率”的比。例如，“效率90%”意味已輸入功率的90%可利用作為輸出，10%變成損耗，主要轉為熱后消失。開關穩壓器，也就是DC/DC轉換器或AC/DC轉換器正在進行功率轉換，這樣說的話想必比較容易了解。當然，進行電壓轉換的LDO穩壓器等線性穩壓器的效率也以相同計算公式及功率算出。

想必沒有必要再提，不過為了慎重起見還是再強調一次，輸入功率為輸入電壓×輸入電流，而輸出功率為輸出電壓×輸出電流。因此，只要測量即知道效率。

測量及探討
測量本身比較簡單。原則上測量平均功率后再根據功率進行計算。開關穩壓器的輸出基本上有紋波，輸出電壓和輸出電流因紋波而產生變動。輸入也有存在紋波的案例，不管怎樣，要測量的不是伴隨紋波的峰值而是平均值。測量平均功率并非特別困難，不使用示波器而使用電壓表或電流表的話，其測量值自然為平均值。

其他還需要輸出負載。由于須測量穩定的平均電流，可以利用電子負載或電阻。

測量雖只使用電壓表和電流表，不過輸出負載須測量供電電路的最低值、標準值、最大值等數點以上，視情況還必須繪制成圖表。除了使所預測的輸入電壓范圍變動外，也使周圍溫度變化并加以測量。

測量的同時如果以示波器一面監視，可以知道有無因負載或連接計測器的影響而發生異常。引起振蕩等情況時，以電壓表或電流表測量的平均值不能說是可評估的資料。此外，特別在最大負載時必須注意IC或其他部件有無異常發熱。高溫下的測量須事先確認常溫可獲得充分效率，然后在具某程度精度的溫度管理下進行測量定。如果超過Tj的最大額定，即使電路或工作沒有問題也會發生異常，最糟情況有時還會導致破損，必須充分小心注意。

探討已測量的效率首先最好參照技術規格刊載的效率圖表。電路或部件由于大多依照技術規格的標準例，因此效率曲線基本上也極為接近。在比較意義上，有些方法使用與技術規格圖表條件相同的條件進行測試。此外，與廠商提供的評估板做比較也是好方法。此時，如果外置部件等不同的話必須更換后測量。

以下為要點總結。

· 效率以平均功率來計算（不使用紋波的峰值）。

· 利用電壓表/電流表可獲得平均值。

· 將設想的輸入范圍、負載（輸出）電流、周圍溫度和等變動因素編入后測量。

· 邊以示波器監視邊測量也有效果。

· 以最大負載測量時須注意異常的工作或發熱。

· 評估須參照技術規格的效率圖。

效率低于預測時
探討結果如果為“雖無異常工作，但效率出乎意料地低”等結論時，須找出使效率低下的原因并進行調整。因此，包含經驗在內如果事先知道損耗發生場所或部件的話，可有效且迅速地對應。

損耗雖然會在電路內功耗的所有部分產生，不過主要損耗因素為I2R損耗、開關損耗及自我消耗電流損耗、遷移損耗、其他損耗。
I2R損耗因內置功率晶體管的導通電阻和外置的電感的串聯電阻而發生，因此，須確認功率晶體管的導通電阻和電感的串聯電阻是否足夠低。
開關損耗及自我消耗電流損耗是指IC內部的功率晶體管的柵極驅動電流和控制電路必需電流。內置功率晶體管型IC由于無法從柵極電荷選擇功率MOSFET，故基本上選擇消耗電流小的IC或不會增加消耗電流的部件常量。

遷移損耗是因上側功率MOSFET在遷移中短時間飽和而發生。此外，停滯時間中的導通損耗也為眾所周知的損耗。這些由于已被固定于IC內部，因此幾乎任何情況都無法調整?？烧{整的其他損耗有電感的核心損耗、基板線路阻抗等，不過從全體損耗來看只占了極少比率。

像這樣的要點盡管不勝枚舉，然而依賴電源IC的比例還是相當高。特別是內置功率晶體管型，除了確認外置部件外幾乎別無他法。當然，電源IC因進行高度控制處于優化狀態，故基本上可以獲得最佳特性。

反過來說，選擇可以獲得目標效率的IC就變得非常重要。

話雖如此，由于完全無計可施，故以BD9A300MUV為例。

＜BD9A300MUV電路效率比預期低的原因例＞

輕負載時（10mA以下）

· PGD（電源正常）或EN（使能）上拉至輸入電壓。

· 反饋電阻使用小常量（100Ω以下）而產生無效電流。

重負載時（1A以上）

· 使用大DCR的電感。

· 使用大ESR的電容器。

· 因周圍溫度上升、IC或電感自身發熱而產生DCR増加、輸出晶體管的導通電阻増加、電感的電感值減少、特性劣化。